Pengantar Sistem Komputer

Organisasi Sistem Komputer

Bagian 1 Pengantar Sistem Komputer Sekolah Teknik Elektro dan Informatika Institut Teknologi Bandung 2008 1

Pembahasan e ge t a ssistem ste komputer o pute Pengertian Sistem kompilasi Organisasi perangkat keras  Bus, Devais I/O, Memori Utama, Prosesor

Memory Sistem operasi Arsitektur dan Organisasi Komputer

2

Definisi Komputer Istilah komputer mempunyai arti yang luas dan berbeda untuk orang yang berbeda. Istilah komputer diambil dari bahasa Latin Computare yang berarti menghitung (to compute). Terdapat beberapa definisi, menurut beberapa b k sebagai buku b i berikut b ik t :

3

Computer Annual Robert H. Blissmer

o pute adalah ada a suatu alat a at elektronik ee t o ya g Komputer yang mampu melakukan tugas-tugas :    

menerima input, mengolah input tadi sesuai dengan programnya, menyimpan perintah dan hasil pengolahan, menyediakan output dalam bentuk informasi.

4

Computer Today Donald H. Sanders

o pute adalah ada a sistem s ste e e to u tu : Komputer elektronik untuk  memanipulasi data yang cepat dan tepat,  dirancang dan diorganisasikan supaya secara otomatis menerima dan menyimpan data input,  mengolah data tersebut untuk menghasilkan output,  bekerja b k j berdasarkan b d k langkah-langkah l k hl k h instruksi i t k i program yang tersimpan di memori (stored program).

5

Computer Organization

V.C. Hamacher, Z.G. Vranesic, S.G. Zaky

o pute adalah ada a : Komputer  mesin penghitung elektronik yang cepat dapat menerima informasi input digital,  mengolah sesuai dengan suatu program yang tersimpan di memorinya (stored program),  menghasilkan output informasi. informasi

6

Introduction to The Computer William M. Fuori

o pute adalah ada a : Komputer  suatu pengolah data (data processor) yang dapat melakukan perhitungan yang besar dan cepat, t termasuk k perhitungan hit aritmatika it tik yang b besar atau t operasi logika, tanpa campur tangan manusia yang melakukan operasi p selama pengolahan. p g

7

Introduction to Computer Gordon B. Davis

o pute adalah ada a : Komputer  tipe khusus alat penghitung yang mempunyai sifat tertentu yang pasti.

8

Definisi Komputer Kesimpulan

Komputer o pute ada adalah a : Alat elektronik Dapat menerima input data Dapat memberikan informasi Menggunakan suatu program yang tersimpan di memorii komputer k t (stored ( t d program))  Dapat menyimpan program dan hasil pengolahan.  Bekerja secara otomatis    

9

Sistem Pengolahan Informasi g g) adalah manipulasi p Pengolahan data (data p processing data menjadi suatu bentuk yang lebih berguna dan berarti, berupa suatu informasi. Informasi (information) adalah hasil dari kegiatan pengolahan data yang memberikan bentuk yang lebih berarti dari suatu kejadian. Sistem pengolahan informasi - SPI (information processing system) adalah manipulasi data menjadi suatu bentuk yang lebih berarti, berarti berupa suatu informasi, informasi dengan menggunakan komputer.

10

Siklus Pengolahan Informasi

Storage Data dan Informasi

Program

Data

Input

Program

Prosesor

Informasi

Output

11

Sistem Komputer g komputer p p digunakan g g Agar dapat untuk mengolah informasi, harus berbentuk sistem komputer (computer system). Sistem komputer adalah kumpulan dari komponenkomponen komponen yang tersusun untuk melaksanakan suatu tujuan tertentu. Komponen tersebut adalah :  hardware  software f  firmware

12

Komponen Sistem Komputer Hardware Software D t Data User Prosedur Komunikasi

13

Pentingnya Memahami Komputer Menjadi pemrogram yang andal, dengan memahami sistem komputer dan pengaruhnya pada program aplikasi Mempelajari keahlian praktis tentang bagaimana menghindari error numerik yang terjadi akibat cara komputer merepresentasikan bilangan Belajar untuk mengoptimalkan kode C menggunakan trik yang cerdas dengan mengeksploitasi prosesor dan system y memori modern Belajar untuk mengerti apa yang terjadi dan mengapa, ketika sistem komputer menjalankan suatu program 14

Program hello Program hello merupakan program klasik yang dibuat ketika pemrogram pertama kali membuat kode Program hello dimulai dari source program yang dibuat menggunakan editor dan disimpan sebagai file teks (umumnya diberi nama hello.c)  Source program ini merupakan urutan bit, masing-masing bernilai 0 dan 1, dikelompokkan dalam potongan 8-bit disebut byte  Setiap byte merepresentasikan karakter teks program  Program hello.c disimpan dalam file sebagai urutan byte.

15

Program hello Program hello dibuat menggunakan program C bahasa tingkat tinggi agar dapat dibaca dan dimengerti oleh manusia Kode program : 1 2 3 4 5 6

#include <stdio.h> int main() { printf(“hello, world\n”); }

16

Program hello Agar kode program hello.c dapat berjalan pada sistem, setiap pernyataan C harus diterjemahkan menjadi urutan instruksi bahasa mesin tingkat rendah Instruksi tersebut kemudian dipaketkan menjadi suatu bentuk disebut executable object program dan disimpan sebagai file biner Penerjemahan ini dilakukan dalam empat tahap secara berurutan, yaitu preprocessor, compiler, assembler, linker disebut sistem kompilasi linker,

17

Sistem Kompilasi

Tahap preprocessing  preprocessor (cpp) memodifikasi program C berdasarkan directive yang diawali dengan karakter #  mis. i #include #i <stdio.h> i meminta i t preprocessor untuk t k membaca b isi file header stdio.h dan menyelipkannya secara langsung pada teks program

T h Tahap k kompilasi il i  compiler (ccl) menerjemahkan file teks hello.i menjadi file teks hello.s yang mengandung bahasa pemrograman assembly. Bahasa assembly merupakan bahasa yang umum digunakan oleh berbagai compiler bahasa tingkat tinggi 18

Sistem Kompilasi

Tahap assembly  assembler (as) menerjemahkan hello.s menjadi instruksi bahasa mesin. File hello.o merupakan file biner yang merupakan kode bahasa mesin

Tahap linking  linker (ld) menggabungkan program hello.o dengan fungsi f printf yang berada dalam standar C library. Hasilnya berupa file eksekusi yang siap dimuat ke memori dan dieksekusi oleh sistem

19

Manfaat Sistem Kompilasi Sistem kompilasi membantu pemrogram untuk menghasilkan kode mesin i yang baik b ik dan d efisien fi i Mengerti bagaimana sistem kompilasi bekerja dapat lebih mengoptimalkan kinerja program  Pemrogram harus h mengerti dasar d bahasa b h assembly bl dan d bagaimana b compiler menerjemahkan kode-kode program bahasa C menjadi bahasa assembly

Contoh :  Apakah pernyataan switch selalu lebih efisien dari urutan if-thenelse ?  Apakah p loop p while lebih efisien dari loop p do ?  Apakah referensi pointer lebih efisien dari array berindeks  Mengapa dua loop yang sama fungsinya memiliki waktu eksekusi berbeda ?

20

Organisasi Perangkat Keras Untuk mengerti apa yang terjadi pada program hello ketika dijalankan, kita harus mengerti organisasi perangkat keras sistem yang digunakan Secara umum umum, perangkat keras sistem komputer tersusun dari :    

Bus Devais I/O Memory utama Prosesor

21

Organisasi Perangkat Keras Personal Computer

Computer Processor (active) Control (“brain”) Datapath (“brawn”)

Memory (passive) (where programs, d t data live when running)

Devices Input

Output

Keyboard, Mouse Disk (where programs, d t data live when not running)

Display, Printer

Organisasi Perangkat Keras CPU chip

register file ALU

system bus

memory bus

main memory

I/O bridge

bus interface

I/O bus USB controller mouse keyboard

graphics adapter

Hard disk controller

Expansion p slots untuk devais lain seperti LAN, dll

monitor disk

23

Organisasi Perangkat Keras Bus  Kumpulan jalur yang membawa byte-byte data dan informasi antar t kkomponen  Data dan informasi di-transfer dalam potongan byte berukuran tetap yang disebut word (word size)  Sistem Intel Pentium Pentium, word size = 4 byte  Sistem server Intel Itanium, word size = 8 byte  Sistem embedded, word size = 1 atau 2 byte

Devais I/O  Koneksi sistem dengan dunia luar  Contoh devais I/O : keyboard dan mouse sebagai user input, display sebagai user output output, disk drive (disk) sebagai penyimpan data dan program jangka panjang.

 Setiap devais I/O terhubung dengan bus I/O melalui controller atau adapter  Controller : chip set dalam devais tersebut atau pada motherboard  Adapter : card yang dipasang pada slot motherboard 24

Organisasi Perangkat Keras Memori utama  Tempat penyimpanan sementara program dan data yang sedang digunakan ketika prosesor mengeksekusi program tsb  Secara fisik, memori utama terdiri dari kumpulan chip Dynamic Random Access Memory (DRAM)  Secara logika, memori disusun sebagai urutan byte, yang masingmasing memiliki alamat unik

Prosesor (Central Processing Unit – CPU)  Mesin yang menginterpretasikan (atau mengeksekusi) instruksi yang tersimpan dalam memori  Sejak komputer dinyalakan hingga dimatikan kembali, prosesor selalu melakukan hal yang sama : membaca instruksi dari memori, menginterpretasikan bit-bit instruksi, mengeksekusi operasi sederhana yang direpresentasikan oleh instruksi, mengambil instruksi berikutnya dari memori, dan seterusnya 25

Organisasi Perangkat Keras Prosesor  Operasi prosesor terjadi di antara memori utama, register dan arithmetic/logic unit (ALU)  Register g : devais penyimpan p y p berukuran kecil dalam chip p CPU  ALU : menghitung data dan alamat

 Operasi CPU sederhana :  Load : menyalin byte atau word dari memori utama ke register  Store : menyalin byte atau word dari register ke memori utama  Update : menyalin word dari dua register ke ALU, menjumlahkan kedua word tersebut dan menyimpan y p hasilnya y ke register g  I/O Read : menyalin byte atau word dari devais I/O ke register  I/O Write : Menyalin byte atau word dari register ke devais I/O

26

Menjalankan Program hello (1) CPU chip

register file

Membaca perintah y hello dari keyboard

ALU system bus

memory bus main memory

I/O bridge

bus interface

I/O bus USB controller

user mengetik “hello” keyboard mouse

graphics adapter


“hello”


monitor disk

27


register file ALU

system bus

Memindahkan file eksekusi dari disk ke memori utama memory bus main “hello, world\n” memory kode hello

I/O bridge

bus interface

I/O bus USB controller keyboard mouse

graphics adapter monitor



File eksekusi hello disk berada dalam disk

28


register file

Menulis string dari memori ke display

ALU system bus

memory bus main “hello, world\n” memory kode hello

I/O bridge

bus interface

I/O bus USB controller keyboard mouse

graphics adapter monitor

“hello, world”


disk


29

Hirarki Memori Ukuran semakin kecil, kecepatan semakin tinggi, harga per bit semakin mahal

L0: register

Register pada CPU menyimpan word data yang diambil dari L1 cache cache.

L1: on-chip L1 cache (SRAM) L2:

L3: Semakin besar, lambat dan murah L4:

L5:

off-chip L2 cache (SRAM)

L1 cache menyimpan baris-baris cache yang diambil dari L2 cache memory. L2 cache menyimpan baris-baris cache yang diambil dari main memory

main memory (DRAM)

Penyimpan cadangan lokal (h d disk) (hard di k)

Main memory menyimpan blok-blok data yang diambil dari hard disk

Hard disk menyimpan file yang diambil dari server jaringan jarak jauh

Penyimpan cadangan jarak jauh (distributed file systems, Web servers) 30

Cache Memory Untuk mengatasi kesenjangan antara prosesor dan memori, pada sistem komputer terdapat penyimpan kecil berkecepatan tinggi disebut cache memory  Tempat penyimpanan sementara informasi yang sering diperlukan oleh prosesor  L1 cache terdapat dalam chip prosesor, dapat menyimpan puluhan hingga ribuan byte, kecepatan hampir mendekati kecepatan register  L2 cache berkapasitas ratusan ribu hingga jutaan byte, terhubung ke prosesor melalui bus khusus CPU

register file L1 cache

cache bus

L2 cache

ALU system bus memory bus

bus interface

I/O bridge

main memory 31

Virtual Memory Cara pandang dimana setiap proses menggunakan memori utama secara eksklusif

k kernel l virtual i t l memory stack

%esp

Setiap proses memiliki cara memandang memori yang sama, disebut ruang alamat virtual

Memory mapped region forshared libraries

Ruang alamat R l virtual i l tersusun dari :     

Program dan data Heap Shared library Stack Kernel virtual memo memory

memory y invisible to user code

the “brk” ptr runtime heap (via malloc)

0

uninitialized data (.bss) initialized data (.data) program text (.text) forbidden

Ruang alamat virtual proses Linux

32

Arsitektur dan Organisasi p Komputer

Arsitektur dan Organisasi a a menjelaskan e je as a ssistem ste komputer, o pute , suatu Dalam perbedaan seringkali dibuat antara Arsitektur Komputer dan Organisasi Komputer

Arsitektur Komputer p y g Arsitektur adalah atribut-atribut komputer yang terlihat oleh pemrogram, atau atribut-atribut yang memiliki pengaruh langsung pada d eksekusi k k i logika l ik suatu t program. Contoh atribut arsitektural :  instruction set, set  jumlah bit yang digunakan untuk merepresentasikan suatu jenis data (mis. bilangan atau karakter),  mekanisme I/O, dan  teknik pengalamatan memori.

Organisasi Komputer Organisasi O ganisasi komputer komp te adalah unit nit operasional ope asional dan interkoneksinya yang merealisasikan spesifikasi arsitektural atau arsitektural, bagaimana unit arsitektural ini diimplementasikan. Atribut organisasi merupakan detail perangkat keras yang tidak terlihat oleh pemrogram, mis :  sinyal kontrol,  interface antara komputer dan periferal,  teknologi memori yang digunakan.

Arsitektur dan Organisasi Contoh : Sisi arsitektural :  apakah p ada instruksi untuk melakukan proses p perkalian p

Sisi organisasi :  apakah terdapat perangkat keras khusus untuk melakukan proses perkalian, perkalian atau menggunakan instruksi penjumlahan (add instruction) secara berulang.  Perangkat keras khusus perlu dibuat dengan pertimbangan : frekuensi penggunaan instruksi perkalian, perkalian kecepatan masingmasing masing metoda perkalian, biaya dan ukuran fisik unit perkalian.

Arsitektur dan Organisasi y manufaktur komputer p Banyak menawarkan berbagai model komputer, yang semuanya memiliki arsitektur yang sama dengan organisasi yang berbeda  Seluruh keluarga Intel x86 memiliki arsitektur dasar yang sama  Keluarga IBM System/370 memiliki arsitektur dasar yang sama

Hal ini memberikan adanya kompatibilitas kode pada setiap model.

Abstraksi Komputer Application (Netscape)

Software Hardware

Operating O i System Compiler Assembler (Windows 98) Processor Memory I/O system

II5161 IInstruction t ti Set S t Architecture

Datapath & Control Digital Design Circuit Design transistors

Both Software and Hardware consist of hierarchical layers. Each lower layer hides the complexity from the layer above This abstraction principle is the way to cope with complexity

The Big g Picture Both hardware and software consist of hierarchical layers, with each lower layer hiding details from the level above. This principle of abstraction is the way

both hardware designers and software designers cope with the complexity of computer systems. One

key interface between the levels of abstraction is the instruction set architecture: the interface between the hardware and low-level software. This abstract interface enables many implementations of varying cost and performance to run identical software. software John L. Hennessy David A. A Patterson 40

Materi Perkuliahan 1. 2. 3. 4.

5. 6. 6 7. 8 8. 9. 10.

Repersentai p Data dalam Bit dan Byte y Representasi dan Operasi Integer Representasi dan Operasi Floating Point Pemrograman Bahasa Mesin, Kode Level Mesin Condition Code, Aliran kontrol dan percabangan P Prosedur, d St Struktur kt Stack St k FFrame Struktur Data, Alokasi dan Pengaksesan Array Teknologi Penyimpanan, Penyimpanan Locality, Hirarki Memori Memori Cache Memori Virtual

Referensi a da E. Bryant ya t and a d David a d O’Hallaron, O a ao , Randal Computer Systems; A Programmers Perspective, Prentice Hall, 2003 John L. Hennessy and David A. Patterson, Computer Organization and Design, Morgan Kaufman f William Stalling, Computer Organization and A hit t Architecture, Prentice P ti Hall H ll

Pengantar Sistem Komputer

Recommend Documents